1、 1 轧钢车间设计 课程教案 井玉安 2005.1.20 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 2 页 2 教 案 用 纸 内 容 重点、要点 1. 车间设计总论 摘要：本章主要讲两个大问题，即车间设计（工艺设计）的主要内容和车间设计的基本程序，通过对这两个问题的掌握使学生对轧钢车间有一个总体认识，为毕业设计打基础。 1.1 车间设计的基本内容 1.1.1 轧钢车间设计的基本内容 通常由生产工艺设计、机械设备设计、厂房与基础设计、供水与排水，热力（供气）与电力，通风与照明，运输等设计所组成 。 其中车间生产工艺设计是整个轧钢车间设计的总体部分。主要任务是根据设计任务书，确定生产工艺过程，确定轧
2、机组成，选择所需各种设备，画出车间工艺平面布置图，最后对水、电、动力、热力、通风照明、厂房建筑等设计提出要求。最后形成文件即车间设计说明书。 1.1.2 轧钢车间工艺设计（车间设计说明书）的主要内容 一 总论（前言、综述、概况）（对该产品生产有一全面了解） 1 车间年产量、产品品种规格等 2 原材料、动力、燃料的来源及市场情况 3 本设计与同类企业相比具有的特点 4 目前建设的内容与远景规划 5 车间的劳动组织、建设投资、经济与社会效益 6 遗 留问题与解决意见 7 若扩建需说明现状、扩建理由，并提出充分利用现有设备及构筑物挖潜革新的措施 8 其它要说明的问题 注：对毕业设计综述应从以下几个方
3、面论述、阐述： 1 品名称、品种、规格、用途、生产方法等 2 xxxx 产品生产的发展历史（主要指生产方法重要的工艺变革及设备改进等） 3 目前的生产状况、主要指生产该产品目前采用的新工艺、新设备等技术 生产展望，发展方向、对未来的预测（提出那里应改进，应向何方向发展） 深入理解车间工艺设计的步骤及其内容。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 3 页 3 二 产品方案与生产方案制定 1 产品 方案编制：选择典型（计算）产品，编制产品方案 2 生产方案选择制定：选择工艺方案 三 生产工艺流程制定及金属平衡计算 1 根据生产方案，以计算产品为依据列出工艺流程表 2 依据工艺流程计算金属平衡，算出
4、投料量 四 设备选择（初选、精选、确定） 1 主轧机选择、型式、吨位 2 其它设备选择 五 工艺参数计算 工艺规程制定与计算；温度制度；速度制度；张力制度；辊型制度；压力计算；冷却制度 六 设备校核 1 主要设备校核：轧辊校核；电机校核；机架强度校核等 2 辅助设备校核： 包括加热炉产量校核、剪切机能力校核、矫直机能力校核 七 车间年产量计算 1 轧机工作图表 绘制 2 轧机小时产量计算 3 轧机年产量计算 八 车间平面布置 1 金属流程线的确定 2 设备组成及设备间距的确定 3 仓库及辅助设施面积计算 4 厂房设计：车间跨距、柱距、总长度、轨顶标高及总面积 5 内部运输 6 其它指标：通风、
5、采暖、电源 7 绘制车间平面布置图 九 各项技术经济指标 包括金属消耗、燃料消耗、电耗、水耗、设备消耗 其它内容：参考文献 附表附图：车间平面布置图、孔型图、程序、外文翻译、专题撰写。 1.2 车间设计的基本程序 一般经过三个阶段：初步设计、技术设计、施工设计。但目前一般按：可行性研究、初步设计、施工设计进行。 1.2.1 可 行性研究 是对所提工程项目从各有关方面进行调查和综合论证、为拟建项目提供科学依据、从而保证所建项目能生产出高质低耗产品，以最少投入获得最大利润。 一 可行性研究的主要内容 重点掌 握 可行性研究的主要内容 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 4 页 4 1 市场销售情
6、况研究：销售利润 建设规模及生产方案产品方案 2 经济效果研究：综合考虑分析投资回收率、近期、远期利润、原料政策、投资风险程度等、资金（固定及流动资金）来源、利息、折旧等。 3 工艺技术研究：工艺技术及设备 4 工程条件研究：资源储量、原料来源、厂址气象、水文地址、交通运输、水电动力、建筑材料、协作区域、文化生活设施、环保（三废处理）等，进行 综合分析比较。 二 其它方面：劳动力来源、费用、人员培训、建设进度、工厂组织机构体制可行性研究步骤 1 调查研究收集资料：市场研究、相关企业调研。 调研报告。 2 对资料进行客观分析、预测、判断、提出方案。 3 方案比选：几个方案、各述利弊、分析比较、选
7、择最佳方案。 4 编制可行性研究报告：项目名称；主办单位；主要技术负责人与经济负责人；项目审批文件；承办企业的情况与条件；生产规划；物料供应；厂址选择；技术与设备；建设资金；项目实施与进度；人员培训；经济效益评价等。 1.2.2 初步设计（技术设计） 按设计任务书给定的条件，在可行性研究 的基础上进行的设计，最后形成设计说明书。其中初步设计是基础设计，技术设计则更详尽严密。 1.2.3 施工设计 是设计的最后阶段，任务是为制造设备、厂房基础、其它构筑物的施工提供依据。内容包括：车间的土建设计；设备施工图纸；各项施工文件及说明。 1.3 车间设计的依据 车间设计任务书是依据，由有关上级部门下达。
8、设计任务书的基本内容包括： 1 车间的生产规模、品种 2 生产方案 3 建厂地址，厂区范围，资源利用状况、各种材料供应、运输等 4 要求达到的技术水平，经济及社会效益 5 投资及劳动定员的控制数字。 6 环保要求 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 5 页 5 2 生产方案与产品方案制定 2.1 产品方案的编制 2.1.1 产品方案定义 产品方案是指所设计的工厂式车间拟生产的产品名称、品种、规格、状态以及年计划产量。 产品方案一段在设计任务书中加以规定。产品方案是进行车间设计的主要依据，根据产品方案可以确定生产方案（工艺）及选择设备。 2.1.2 编制产品方案依据 主要依据是：国民经济发展对
9、产品的要求；产品在全国的平衡；建厂地区的资源条件、自然条件、投资等。 2.1.3 计算（典型）产品的选择 计算产品定义：用做进行车间设计 依据的产品。 选择依据：有代表性（产量大、有代表性）；通过所以工序；要与实际相接近，要保留一定的调整余量。 产品方案与计算产品确定后，按产品名称、合金牌号、状态、规格范围、产品等列成表，如表 2.1 所示。 表 2.1 某冷连轧厂（车间）产品方案 产品名称 产 品 规 格 /mm 产量 /万吨 所占比例 /% 厚 宽 长 普通及深冲用低碳钢板 0.20.3 6001500 10006000 52.5 52.5 普通及深冲用低碳钢带 0.20.3 600150
10、0 卷 22.5 22.5 镀锌钢板 0.250.55 7001500 10006000 13.5 13.5 镀锌钢带 0.250.55 7001500 卷 1.5 1.5 镀锡钢板 0.150.55 5201050 4001000 9.0 9.0 镀锡钢带 0.150.55 5201050 卷 1.0 1.0 合计 100 100 2.1.4 产品标准与技术要求 1 技术要求：指产品的牌号、规格、表面质量及组织性能等方面的要求。 2 产品标准分为国标（ GB）部标（ YB） 企标（ QB），它是根据产品使用上的技术要求和生 产部门可能达到的技术水平而制定的。产品标准一般包括：规格标准（产品牌
11、号、形状、尺寸、表面质量及相关参数）； 性能标准（化学成分、物化性能、机械力学性能、热处理性能、晶粒度、性能及其它特殊性能等）； 实验标准（取样部位、试样形状尺寸、试验条件及实验方法）； 交货标准（交货验收时的包装、标志、方法及部位等）。 2.2 生产方案的选择 重点理解： 产品方案、生产方案的定义、制定的方法、目的。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 6 页 6 2.2.1 生产方案定义 是指为完成任务书中规定的产品的生产任务而采取的生产方法。选择生产方案时，应考虑设计规模、产品质量及技术经济指标的要求。 2.2.2 选择生产方案的依据 1 金属与合金的品种、规格、状态及质量 要求。 2
12、 年产量大小 3 投资多少、建设速度、机械化的程度及将来发展。 4 经济效果、工艺的成熟条件等。 2.2.3 钢材的生产方案 一 板带钢生产： 0.2 薄带箔材， 0.20.4 薄板， 4中厚板 1 中厚板生产：单机四辊可逆式，双机架（ 2+4 或 4+4）可逆式；半连轧连轧 2 热轧薄板带钢：全连续式，半连续式、 3/4 连续式 2.012mm 0.8mm 3 冷轧带钢：单机可逆、连轧（ 3 机架 4 机架 5 机架 6 机架） 0.12.0mm 二 型钢生产 1 横列布置普通轧法 2 万能轧法 3 型钢连轧 4 热及冷弯型钢 5 挤压法 三 管材生产 1 热轧法：自动轧管机、连轧管机、两
13、辊斜轧穿孔、三辊斜轧穿孔、菌式穿孔机、张力减径机、皮格尔轧管、狭舍尔轧管机 2 热挤压 3 焊接：直缝焊、螺旋焊 4 冷加工：冷轧 冷拔、冷旋压 四 线材生产 以下成卷交货 一般断面为圆形 1 横列式（二辊轧机） 2 半连续式（三辊轧机） 3 连续式（二辊 +45无钮式或二辊 +Y 型无钮）（单线或三线） 2.3 轧钢生产中的先进生产工艺 1 连铸连轧紧凑式机组 2 以热代冷 3 低温大压下控轧超强控冷（轧机电位大、冷床超强冷却） 4 柔性轧制技术 5 连铸型管坯 6 热送热装直轧 重点理解： 型、板、管、 线材的生产中最佳 方案 。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 7 页 7 3 生产
14、工艺流程制定及金属平衡计算 3.1 工艺流程制定 一 热轧板带 连铸坯 清理（补偿）加热轧制冷却精整检查验收入库 轧制分粗轧和精轧，冷却为层流冷却，精整主要包括矫直、横切、纵切。 二 冷轧板带 热轧卷柱矫酸洗切边轧制卷取退火（退火分光亮退火和黑退火）平整精整（矫直、纵切分条横切）检查包装入库 三 热轧型钢 方坯（型坯）清理（补偿）加热轧制剪锯切冷却矫 直 四 无缝管材 圆坯穿孔轧制均整张力减径 冷却精整（矫直、切头尾、检查、车丝）包装入库 五 线材 方坯 加热 轧制（粗中、预精、精轧）冷却（水冷、风冷）集卷打捆检查入库 3.2 金属平衡计算 是指生产车间在一定时期内（通常为一年）生产产品的收支
15、情况，即投入与产出情况。编制金属平衡表目的是确定出为完成年计划产量所需的投料量。主要工作是计算产品的成材率、然后编制金属平衡表。 3.2.1 计算成品（材）率（金属消耗系数） 1 成材率定义：指成品重量与投料之比的百分数，亦即一吨原料能够生产出的合格产品重量的百分数 。用公式表示为 A= QWQ 100% 3.1 式中、 A成材率 % Q投料量 W损失料量 成品率的倒数就是金属消耗系数。 成品率是车间生产中的一项重要指标、它的高低反映了生产管理和工艺技术设备等各方面的水平，直接影响企业的生产成本。因此产前必须对其进行正确估算。 3.2.2 影响成品率的主要因素 凡是造成废品的生产及销售因 素都
16、是影响成品率的因素。 （ 1） 烧损：氧化烧损 15% 一般表面积愈大、加热时间越长、温度越高、气氛氧化性越强则烧损越大。 （ 2） 溶损：在酸、碱或化学处理等过程中的损失。 0.11.0% （ 3） 几何损失：切头、切尾、切边残屑消理（车皮、锯切、铲） 110% 重点理解 金属平衡的制定方法及意义、影响成品率的主要因素 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 8 页 8 （ 4） 工艺损失：技术损失、各工序由于设备、工具、技术操作及表面介质等问题造成的质量不合要求的产品。如诈漏、轧断、轧卡、卡钢、 超差、浪形、轧扭、腰薄、耳子、性能不合格等。 由于成品率直接影响生产成本，因此实际生产中应尽可能
17、采取措施提高成材率，主要应从工艺、设备、原料、管理（操作 ）四个方面入手。 3.2.3 编制金属平衡表 将钢种、各项消耗指标、年产量、成材率、需坯量列在以下表格中，即为金属平衡表。 表 3.1 冷轧薄板钢金属平衡表 序号 钢种 坯料 规格 /mm 消 耗 /% 年产量 /万吨 成品率 /% 需坯量 /万吨 溶损 烧损 切损 工艺损失 t % t % t % t % 1 2 3 4 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 9 页 9 4 设备选 择 主要内容是确定出车间设备的种类、型式、结构、规格、数量及能力。包括主要设备和辅助设备。对主要设备应在预选基础上进行必要的设备负荷计算。对重要部件进行强
18、度校核。对辅助设备可依经验选取不进行验算。设备选择一般原则是： 要满足产品方案的要求，保证高质量的产品。 要满足生产方案及生产工艺流程的要求。 要注意设备的先进性和经济性的合理性（性价比） 4.1 主要设备的选择 不同的产品应采用不同形式的轧机，轧机的结构、数目、配置、吨位直接影响产品的产量、质量，因此选择轧机时应以生产方案和产品方案为依据进行反复推敲。 4.1.1 轧机结构 形式 1 二辊轧机：可逆及不可逆两种。管线都用。 2 三辊轧机：等径及不等径之分。板、型、线用。 3 四辊轧机：可逆及不可逆两种。优点多，主要用于板带轧制。变种： HC、CVC、 PC 4 其它轧机：多辊轧机、万能轧机、
19、行星轧机、斜辊轧机、特殊轧机 4.1.2 轧机数目确定 一般规律是： 1 热轧板带：半连轧为 2 架粗轧 +7 架精轧； 3/4 连轧为 4 架粗轧 +7 架精轧；全连轧为 6 架粗轧 +7 架精轧。 2 冷轧带钢： 1 架粗轧 +4 架 6 架精轧。 3 型钢：与机架的布置形式关系较大。对顺列式和连续式布置的轧机，机架数不少于其轧制道次数 N=lg z/ lg p；对横列 式轧机而言，主要应参照同类企业经验值确定，计算做为参考。 4 线材：一般为 6 架粗轧、 7 架中轧、预精轧 2 架、精轧 1015 架，粗中轧每架可轧 23 道次，精轧轧 1 道次。 4.1.3 轧机的布置形式 各类轧机
20、的布置种类繁杂、但基本形式有以下 5 种： 1 单机架轧机：一般均为可逆轧制。比较适用于大型钢材轧制或生产相对比较较落后的企业，其布置示意图如下图所示。 2 横列式轧机：一般由 23 架轧机横向排列，整个车间由 24 排、 412 架轧机组成。轧件在其中穿梭轧制或使用活套及围盘轧制，主要用于型线材生产。 重点了 解如何选择设备、如何布置设备 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 10 页 10 3 纵（顺）列式轧机：每架只轧一道、轧件越轧越长，轧速越轧越高。生产效率高，但厂房长、投资大。适于大断面成品钢材的轧制。 4 半连续式轧机：前半部分有可逆道次、后半部分连续。结构紧凑、生产效率和投资比例
21、适中，一般用于冷热板带的生产。 5 连续式轧机：每架只轧一道同时轧件在各架轧机上同时过钢，保持秒流量相等的原则。自动化、机械化程度高，生产效率高，用于冷热板带及线材生产。 4.1.4 轧机主要参数 1 轧辊：主要参数是辊身直径及辊身长度。 选择辊身直径时主要考虑抗弯强度 和容许挠度、最小可轧度，同时要满足咬入条件要求。辊身长度一般与所轧板材宽度及辊身上所布孔型数目有关。根据经验一般： Dmax=（ 15002000） hmin（带张力轧制时） Dmax=1000hmin （无张力轧制时） 或 D=KH 式中 H 原料坯厚度 K 系数 L=Bmax+a 式中 a 辊身长度余量 Bmax 400 时 a=50100 Bmax=4001200 时 a=200400 Bmax 1200 时 a=200400 热轧取上限，冷轧取下限； 对型钢轧机辊身长度应为所配孔型数总宽度加辊扁宽。至于管材穿孔机及均整机的辊身长度除考虑强度外，还要考虑管坯的咬入条件及成管后的表面质量。 L 与 D 确定后，还应考虑 L/D 的比值， L/D 大则轧机弹跳大、所轧产品精度差。
